胞内钙离子参与脊髓背角伤害性神经元突触可塑性变化的细胞和分子机制

摘要

海马神经元突触传递长时程增强(LTP)是中枢可塑性的表现，被认为是学习记忆的神经基础。外周伤害性刺激也可诱发类似海马LTP的脊髓背角神经元的可塑性变化，可能是痛觉中枢敏感化的基础。近年来的研究表明，胞内Ca2+及其介导的信号转导途径参与伤害性信息传递及神经元突触可塑性变化。本研究旨在探讨胞内Ca2+是否参与伤害性刺激诱发脊髓背角神经元反应的LTP。以强直刺激坐骨神经诱发脊髓背角场电位C反应LTP为指标，观察胞内Ca2+及其介导的信号转导途径在脊髓LTP不同时相的作用，进一步探讨脊髓LTP与中枢敏化的关系，从而揭示痛觉过敏及痛“记忆”的脊髓机制。 1.Ryanodine敏感的胞内钙库参与脊髓背角伤害性反应的可塑性变化(1)电生理学实验显示，在强直刺激坐骨神经前30min，鞘内注射Ryanodine阻断Ryanodine受体(RyR)，可剂量依赖性地抑制脊髓背角场电位C反应LTP的诱导。1mM和0.1mM的Ryanodine完全阻断LTP的产生，0.01mM的Ryanodine部分阻断LTP的产生，0.001mM的Ryanodine不影响脊髓LTP的产生。 (2)预先给予L-型Ca2+通道的激动剂BAYK8644(0.5mM，10μl，i.t.)或RyR内源性激动剂环化二磷酸腺苷核糖(cADPR，0.1mM，10μl，i.t.)可完全翻转Ryanodine(0.1mM，10μl，i.t.)对脊髓LTP诱导的抑制作用。表明Ryanodine抑制脊髓LTP产生是由于药物本身的特异性作用而非实验因素的影响，并进一步说明Ryanodine敏感的胞内钙库参与脊髓背角场电位C反应LTP的形成。 (3)除介导脊髓LTP的形成外，Ryanodine是否也参与其维持过程?在强直刺激坐骨神经后1h和3h(即LTP维持的早时相和晚时相)分别给予Ryanodine(0.1mM，10μl，i.t.)，对脊髓背角场电位C反应LTP均无影响，提示Ryanodine敏感的胞内钙库对脊髓LTP的维持不起主要作用。 2.脊髓场电位C反应LTP的产生伴有细胞外信号调节激酶(ERK)和cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化 为进一步探讨胞内钙信号介导脊髓场电位C反应LTP形成的分子机制，我们首先观察了脊髓LTP的形成是否伴有ERK和CREB的激活。ERK是有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)家族的成员之一，它的激活可导致转录因子CREB的磷酸化，参与长时记忆的形成和脊髓中枢敏化过程。免疫荧光组织化学结果显示： (1)强直电刺激单侧坐骨神经后5min，大鼠刺激同侧脊髓背角浅层ERK磷酸化水平达峰值，1h后仍高于正常组及假手术组大鼠；3小时恢复正常。对侧脊髓背角浅层内磷酸化的ERK(pERK)与正常大鼠及假手术大鼠无显著差别。 (2)虽单侧坐骨神经强直刺激，大鼠双侧脊髓背角浅层磷酸化的CREB(pCREB)表达明显增加，其高峰出现在刺激后1h，持续到3h仍有较高表达，同侧和对侧脊髓背角浅层pCREB的表达没有显著差异。 结果提示，大鼠脊髓背角浅层内的ERK-CREB信号通路的激活在脊髓LTP形成中可能具有重要作用。 结论：(1)Ryanodine敏感的胞内钙库参与调控脊髓背角伤害性反应的可塑性变化；(2)脊髓背角神经元的突触可塑性变化可能涉及ERK-CREB信号转导通路的激活。 Ryanodine敏感的胞内钙库活动与脊髓背角ERK-CREB信号通路的激活在脊髓LTP形成和痛觉中枢敏化中的相互关系仍在继续研究之中。

目录

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材料和方法

结果

讨论

小结

博士后训练期间完成的其他工作

参考文献

博士后期间完成的论文

致谢